聚四氟乙烯樹脂的性能測試及影響

劉蓮

摘要：聚四氟乙烯樹脂的性能與后期氟塑料制品的加工應用手段和質量有著緊密關聯。不同的技術要求對應不同用途，因此用戶對聚四氟乙烯樹脂的性能測試要求也就越大。我們對聚四氟乙烯樹脂各項性能測試的重要意義在于，首先為用戶正確掌握或使用性能提供了具體的數值依據;同時，生產企業可以通過檢測數據控制生產質量，了解加工性能，并對其改進配方、優化工藝、進行新產品開發和研究提供數據等。開展檢測工作是企業發展不可或缺的重要手段。

關鍵詞：聚四氟乙烯樹脂 測試 影響

1.前言

氟原子是所有元素中電負性最高的活潑元素，其原子核離電子的距離較近，對原子的作用力極強，極化率小。氟原子的特性構成了含氟聚合物在性能上具有共性，而且氟含量越高，體現的綜合性能越好。含氟聚合物是高分子材料中綜合性能最優異的材料之一，它具有突出的化學穩定性、耐熱性、自潤滑性、耐大氣老化性等特性，常被應用在材料的關鍵部位，對抵抗惡劣環境起到了特殊作用，是不可或缺的功能材料。含氟聚合物包括聚四氟乙烯、四氟乙烯 六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基聚合物、乙烯、四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等，其中聚四氟乙烯應用最廣泛。PTFE作為含氟材料的主要品種，市場應用前景非常廣闊，而且我國具有得天獨厚的資源優勢，屬于國家重點發展的產業。目前我國已經成為全球PTFE主要生產國，但在技術、產品方面仍與國外有較大差距。、

PTFE相對分子質量較大，低的為數十萬，高的達一千萬以上，一般為數百萬（聚合度在104數量級，而聚乙烯僅在103），一般結晶度為90 - 95%，熔融溫度為327 - 342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較碳稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結構解釋了聚四氟乙烯的各種性能。隨著聚四氟乙烯加工技術的發展，聚四氟乙烯制品已遠遠不只是傳統的“棒、管、板、膜”了，還有聚四氟乙烯長短纖、聚四氟乙烯單雙向拉伸管、雙向拉伸膜以及膨體聚四氟乙烯密封材料;還有憎水透氣膜、親水過濾膜、含氟復合材料以及異形零件等等，舉不勝舉。

一般來說PTFE的成型加工均要經過預成型、燒結冷卻三步工藝，不同的工藝過程會對制品的性能產生影響。以下五項實用性能對成型加工條件影響較大：（1）制品內所含雜質、裂縫、氣泡。（2）因樹脂顆粒間聚集力不夠使制品內存在微孔。（3）不同的結晶度表示分子排列的排序程度有差異。（4）分子量不同體現聚合物分子大小有差異。（5）定向度不同，表示聚合物分子鏈在特定方向上的整齊程度不同。拉伸強度、斷裂伸長率受所含雜質、裂縫、氣泡、結晶度、分子量、定向度等影響。

2.性能測試

2.1清潔度

2.1.1圓片制作

稱取通過20目標準篩的聚四氟乙烯樹脂14.5g，均勻地加入清潔模具的模腔內，刮平、合膜后，放在液壓機的下平板上緩慢加壓，在34.5MPa下保壓3min，卸壓，從模腔中取出直徑為76mm的預制品，修光毛邊，擦凈，將預制品放在平整的金屬板上，然后，送入具有強制熱風循環、帶旋轉工作盤的燒結爐內燒結。

2.1.2測試

在潔凈室取6片按2.1.1制備的圓片，在20W40W日光燈透射下目測試清潔度，試樣與燈的距離約為lOcni，檢驗結果以最差的一片定。

2.1.3影響

“緩慢升壓”指的是在模壓成型過程要進行2 4次泄壓放氣或分段保壓，使樹脂中空氣及時逸出。需注意盡量調整試驗方法使放氣完全，以免樹脂中殘留空氣而呈現陰影狀態，在燒結過程中形成間隙氣泡，影響后續的力學性能測試。

經過模壓成型的圓片及2.2.1的圓扣，需在23+2℃的環境下存放數小時，越大的制品存放時間越長，然后再燒結。這樣做的目的在于讓半成品內的殘余應力得以釋放。

清潔度對PTFE樹脂的出廠等級判定以及用戶使用有著極大影響，直接關聯PTFE生產企業生產利益及下游客戶加工制件的類型與質量。而目視測定結果因操作人員的不同而存在較大差異，因此在測試前需定下統一標準，根據大量檢測實驗，挑選各類典型雜質的圓片作為模板，以此為統一標準。

2.2標準相對密度和熱不穩定性指數

2.2.1圓扣制作

稱取通過20目標準篩的聚四氟乙烯樹脂12.Og，倒入內徑為28.6mm、高度至少為76mm圓筒形模具的模腔內，刮平上表面，合膜后將模具放在液壓機的下平板上緩慢加壓，在34. 5MPa下保壓2min，卸壓，從模腔中取出預制品，修光毛邊，擦凈，將預制品放在適當的盤中，送人具有強制熱風循環、帶旋轉工作盤的燒結爐內燒結。

2.2.2測試

以浸漬法測試：室溫保持23+2℃，稱量圓扣在空氣中的質量，將圓扣放入盛有23+2℃水的固定支架中，記錄試樣在水中的質量。若圓扣表面黏附氣泡，可適當搖動完全除去氣泡。

2.2.2影響

為減小測試誤差，圓扣表面應光滑，無凹陷無氣孔。在模壓過程中應在模套下放上一墊塊，蓋上上模后，使用一直徑稍小于圓筒形模具的圓柱，使預成型品完整地受到擠壓，最后緩緩松壓，將圓扣從模具中頂出。

狀態條件：PTFE的測試結果對環境因素的依賴十分顯著，因此，為了得到重復性好的測試結果，就必須在測試前對式樣進行狀態調節;在溫度23+2℃，相對濕度50+10%的標準試驗環境進行狀態調節4h以上，并在此環境下進行試驗。

標準相對密度（SSG）是ASTM的一個標準概念，間接表征PTFE分子量。SSG值越大，分子量越小;SSG值越小，分子量大。分子量不同，PTFE預成型品在燒結時的工藝不同;分子量越高，樹脂耐長時間燒結能力越強。

2.3拉伸強度和斷裂伸長率

2.3.1測試

將2.1燒結后的圓片在23+2℃下進行狀態調節，用沖刀沖切成標準啞鈴形試樣，同一試樣厚度偏差不大于+O.lmm，每組試樣不少于5個。萬能試驗機在lOOmm/min+lOmm/min的速度下按儀器作業指導書進行試樣拉伸測試。

2.3.2影響

應定期打磨沖刀保持鋒利以保證沖切的啞鈴形試樣邊緣應光滑且無缺口。

聚四氟乙烯作為熱塑性高分子材料，對測試環境敏感，在進行性能測試時得對一些特有的性能予以明確;（1）時測試溫度影響非常明顯。同一制件在不同溫度下所測試的性能完全不同。斷裂伸長率在拉伸試驗中溫度降低幾度時其結果會有很大的變化，有時甚至此項性能參數會被判不合格。因此需嚴格控制試驗室的室溫（2）對形變速度影響明顯。由于高分子材料內部分子鏈的結構和外力作用滑動機理，在拉伸試驗中如果速率提高也會時斷裂伸長率數值降低，拉伸強度數值變大。（3）試片的形狀、試片的大小以及試片制作的優劣等等或多或少影響著測試性能的數值。根據理論分析，在塑料制品測試中，大試樣的測試結果要比小試樣的測試結果低。因此，不同試樣尺寸的測試結果不具可比性。不同試驗室進行數據比對時要注意這點。所以，規范中規定的試樣尺寸（沖片刀具等耗材在采購過程需嚴格把控）必須嚴格執行，否則達不到測試目的。

2.4含水率

2.4.1測試

在已恒重的帶蓋鋁稱量盒中精確稱量35g - 45g聚四氟乙烯樹脂。將鋁稱量皿放人真空干燥箱中，在絕對壓強為13.3kPa、溫度150+1℃下干燥1.5h。從干燥箱中取出稱量盒，蓋上蓋，放人干燥器至少冷卻30min。再行稱量，計算樹脂在干燥過程中損失。

2.4.2影響

樹脂干燥程度即含水率為PTFE樹脂制件堆擠壓線體的連續性線體的連續性影響或燒結開裂、氣泡分層的影響因素之一，是重要的性能指標之一。

含水率指標控制在0.04%以內，測試試樣的質量需大一些才能保證測試結果的準確性與重復性，試料冷卻時間、稱量溫度要統一控制好。

因PTFE分散樹脂物料烘干工藝的局限性，日常的取樣檢測未必能代表整批量樹脂的含水率，為了質量保證，尤其是在夏日高溫季節，應加大抽檢力度，必要時開箱查驗樹脂成品是否含有明水。

2.5平均粒徑

2.5.1測試

以無水乙醇為介質，加入適量乳化劑，促進PTFE樹脂的分散，使用激光粒度儀，根據儀器作業指導書測定粒徑，測試結果取中粒徑D50，即平均粒徑。

2.5.2.影響

聚四氟乙烯懸浮樹脂按粒徑大小可分為中粒度以及細料。不同的樹脂分類，其用途大大不同。中粒度粒徑一般在70- 260微米，不易結團，好梳理，幾乎無流動性，成型制品孔隙率大，機械性能差，可用于純制品;細料粒徑一般在15-40微米，易結團，不好梳理，無流動性，成型制品孔隙率相對較小，機械性能較好，可以和填充劑混合使用。

4.結論

聚四氟乙烯樹脂又稱“塑料王”，現如今各類塑料王制品已在化工、機械、電子、電器、軍工、航天、環保和橋梁等國民經濟領域中起到了舉足輕重的作用。隨著聚四氟乙烯樹脂的需求量不斷增大，加工應用范圍越來越廣泛，用戶對聚四氟乙烯制品的具體性能指標的檢測要求也就越突出、越具體。不同的用途對應不同的技術要求。我們需要充分掌握各項性能指標測試因素的影響，了解其對后期加工應用的意義，更準確地掌握測試手段。

參考文獻

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